3C电子，即计算机（Computer）、通信（Communication）和消费类电子产品（ConsumerElectronics）的统称。在这些产品中，市场容量最大、用户更换频繁最快的产品要算是手机通讯类。根据中国信息通讯研究院近期发布的统计数据显示，今年1-7月国内手机市场的总体出货量为2.82亿部，且4G手机占到绝大多数市场份额（图1）。
图12016年7月至2017年7月国内手机出货量情况
近两年来，3C电子行业发展迅速，这一市场不仅引来国外企业的周密布防，而且也让国内众多行业企业有了新的机会。以最火的手机行业为例，目前我国手机制造巨头当属富士康、华为等，他们有意投入更多智能化制造设备，但由于手机等产品本身的周期属性和生产工艺要求，现有的一些设备难以全面的、完整的、高性价比的替代人工，因此，在3C电子行业自动化的应用、改造潜力巨大，有很大的提升空间。
应用现状：机遇与挑战
我国3C电子产业的自动化需求主要在部件加工，如玻璃面板、手机壳、PCB等功能性元件的制造；装配和检测；部件贴标、整机贴标等方面。现状是部件自动加工，且都是小部分自动化，部分工序仍为全人工。于全球而言，我国在3C领域的自动化设备应用还远远不够。
以手机通讯为例，手机生产分为贴片、测试、组装3大环节，共80多道工序。每一道工序对于生产环境要求都很高，所以车间有温湿度、静电防护等设备。以深圳市为例，其电子制造公司每日产能可以以百万计算，这就有引入自动化设备的基础。而包括一些手机外壳、玻璃、盖板在内的零部件制造技术，其工艺和设备都相当成熟，有很高的自动化发展的可能性和可操作性，整体而言，目前在整个电子产品的组装环节自动化程度较低，3C电子行业的自动化目前还停留在单站阶段。
市场竞争的变化促使3C电子厂商生产效率的革新，以便快速的响应市场变化以及产品更新，实现更高效能的生产制造能力，更高品质的产品管理质量控制。敏捷制造、柔性制造、精益制造成为3C电子生产企业的发展方向。这对自动化设备厂商提出了要求，包括伺服、运动控制、工业机器人等产品及系统的发展方向和制造趋势必须是高精度、高柔性化、高可靠。
手机制造自动化过程的难点
手机制造自动化是行业发展的必然，新型自动化设备成为关注的重点。然而，对于手机厂商而言，自动化运用过程中遭遇的难点和成本问题通常需要设备提供商加以重视和解决。
目前，手机产品的丝网印刷、手机盖板、精雕机、CNC等设备开始增加上下料环节，逐步形成全自动工作站形式，但并没有形成全自动化的流水作业。带自动化检测，上下料的设备，毛利空间非常大。
这些工序的难点在于所有自动化设备的设想都是设备商厂家的想法，使用厂家如蓝思科技、伯恩光学、欧菲光等企业很少参与，或使用厂家提出要求，设备厂家做改良。其次，精雕、CNC与丝网印刷设备的设备技术跨度大，大家都在做一个环节，很少连贯思考整个生产流程，而懂整个生产流程的人，又不太懂设备。
手机产业对运控产品的采购特点
总结近两年手机行业对伺服、运控产品的采购时间规律，可以发现，以苹果手机为例，苹果两年一大代，一年一小代，外观设备都有变化，设备2年一淘汰。为苹果手机做设备的厂家，东莞、深圳就有很多，每年9月份对设备的改造会有一个基本的框架。通过富士康开始做原型机和样机，在来年3月份会对这些原型机和样机做测试，在测试的过程中会对这些产品有所改进；4、5月份设备基本定型，定型后设备制作商要开始下单、采购，比较集中的是8、9月份完成。
针对手机本体，目前对运控产品及系统需求量较大的加工环节包括：第一是显示屏，显示屏由触摸板和液晶显示构成；第二是主板，主板是电路板，然后是摄像头、电池、外壳、结构件（铝合金制成）等附件，以及后段的组装和测试环节。这里边任何一部分拿出来都是一大块产业，显示屏是一个部件，拆开后又由很多小部件组成，又是不同的产业链，很多产业都是重叠的，比如电池有正极膜、负极膜、电解液、隔离膜行业等等。随着近期新型智能手机性能的逐渐升级，例如大量运用3D曲线玻璃等新技术，使得在手机生产的加工过程对高精度伺服、运控产品和自动化机器人系统的需求逐年加大。
另外，在手机电池部分，手机的一块锂电池有正极负极、正负极膜、正负极隔离膜，需要多大的电池就用多宽的膜。绕完成型的电池之后再用壳包起来，一般的壳是铝质比较多，而为了让电池性能更好，还需要做干燥，让电池的性能更好，寿命更长。在锂电池生产的过程中，电池卷绕对运控系统的需求量非常大，厂商采购回来的膜是标准的，但实际上不同品牌和型号的电池形状有大有小，在卷绕之前有制片的过程，早期的卷绕机和制片机是分开的，但现在很多厂家把卷绕和制片合为同一个机器，一次加工成型。此外，电池生产出来之后的包装、印刷、检测环节也需要用到大量的运控产品。
手机行业对运控系统的技术需求趋势
今年9月初，苹果马上要推出新一代的iPhone8机型，它的外观越来越好看，工艺越来越精良，材料也越来越好。换言之，当产品已经成了快销品了，消费者对其要求越来越高，生产者就要做到消费者的心坎里，要符合消费者要求，满足市场。落实到工厂就是自动化设备要越来越智能化，生产效率要越来越高。从加工的角度来讲，对精度的要求也越来越高，这些条件累加到一起，最终导致对伺服、运控产品的要求为：高速、高精度、高可靠性，同时对设备的柔性化要求也越来越高。
首先，组装环节的要求越来越智能化。例如，手机组装用到的螺丝非常小，需要高精度的打螺丝机，高精度的打螺丝机目前国内的技术还不成熟。要做到高精度首先一点是要做好力矩控制，要能很精确地调整好力矩。从现阶段实际生产现场来讲，富士康用的还是人工流水线，虽然富士康说要引进机器人，但还不能完全用机器人代替。这并不是资金的问题，而是产品更新换代比较快，很多产品不到一两年就要更新，厂家要求细化生产，很难找到高水平的应用工程师，因此很多设备都还是人工流水线，属于半自动化生产线。
另一方面，手机是无线产品，这里涉及到关于辐射的问题，做工优良的手机会将辐射框固定在手机内部。那么这种操作怎么做到呢？很多人都知道有一种机器叫点胶机，点胶机根据手机的形状绕，点一圈电磁屏蔽硅胶，以屏蔽辐射。现在的智能手机具有更大的屏占比，手机边框越来越窄，对于窄边框的手机组装就提出了更高的要求，需要点胶机能够拉出超细的线宽且线条均匀、一致，胶条不能大小头、断胶、拉丝等。为了达到这些工艺要求，在全自动点胶机导轨部分需要用到精密马达来驱动，一般三轴的会有三个精密马达，而四轴和双Y点胶机会有四个精密马达，每一个精密马达都会有一个马达控制器，控制器和马达的配合才能完成导轨的精密控制。此外，在点胶机的“大脑”——点胶控制系统中，也要能够高精度地接收点胶指令并控制整台点胶机的运行。
就市场占有率而言，在3C电子制造行业的伺服、运控系统应用中，目前以日系品牌为主，例如松下、安川、三菱、富士电机等。一方面，这些厂商在技术上有一定的优势，如伺服系统一般都具有谐波滤波、振动抑制、参数自诊定等高品质功能，且产品的性价比也较佳；另外，这些品牌在通用市场上本身已有较高的占有率，有一定的生产规模，因此能够满足手机行业较短的供货周期要求。
值得一提的是，手机产业的自动化分工越来越细。全局化的人才及模式对设备商和手机厂家都不现实，专业事情交给专业人士来做，设备厂商的技术进步将会推动手机产业链的自动化进程。例如，部分原来的手机产业供应商也在进行机器人的研发和生产，他们凭借自己对手机制造工艺的了解，能够更加精准地推出相应的机器人设备，从而满足自动化生产的需要。
工业机器人在手机智能制造中的应用前景
目前，3C电子制造行业面临着多重考验，一方面来自于产品本身的要求，另一方面来自于生产线的员工挑战。3C电子产品尤其是手机产品对于精细的要求日益增加：1、零件体积小,大部分零件都是毫米级；2、零件不规则,零件不规则(摄像头，排线等)；3、产品样式多,产品系列众多；4、更新周期快,一台专用设备可能只用几个月就无法适用新产品；5、外观要求高,表面不能细微划痕；6、速度要求高,生产效率对手机制造相当重要；7、故障率要求低,发生故障将导致全线停产等。此外，生产线熟练工人短缺,技术工人短缺，技术不熟练；品质管控难,生产效率把控存在不确定性；发生故障将导致全线停产；工人情绪化,重复性工作，怠工等因素将影响产品的生产制造。
因此，自动化是发展趋势。不过目前，3C电子生产线的很多工序仍由人工完成，人工所占比例依然很高，另外自动化专用设备大量使用，更换产品专用设备可能失去价值，现阶段只有从部分工序开始导入机器人，且大部分机器人用来做搬运和上下料。
在3C电子制造行业，机器人的应用种类有大概四种，一种是直角坐标为代表的模块化机器人，一种是SCARA4轴关节机器人，一种是传统六轴机器人，最后一种是双臂机器人。现阶段，直角坐标机器人应用比例最高，产品性能较为稳定。不同类型的机器人均有不同的应用范围，但针对3C电子尤其是手机制造而言，直角坐标机器人现阶段更具针对性。直角坐标机器人是模块化的初级阶段，由X，Y，Z三轴直交组合而成。其优点是可由单轴模组快速组合和重构；算法简单，通常通过直线差补和圆弧插补即可实现空间曲线和轨迹；精度高，成本低，可直接嫁接到自动化设备和生产线中。
同时，它的缺点是本体结构缺乏柔性，空间利用率低；工作死角区域大，狭小空间无法进入，容易与周围物体发生干涉和碰撞；行程变更难度大，不可逆转。
比直角坐标机器人更为高级的是可扩展串联机器人，它一般由四到六个关节模块组成，臂长可以调节或更换。其优点包括可根据现场需要选择轴数和调节臂长；空间利用率高，可深入狭小空间；本体轻型化后，比传统机器人更为轻便。
机器人在3C领域的开展面临的问题
随着中国市场对机器人的接受度和应用范围扩大，我国机器人市场潜力无穷，3C电子行业以产业集群效应赢得世界瞩目。据悉，我国3C产业有超过2000万的产业工人，如果以机器人替代人工，可想而知，我国3C电子产业的自动化市场有多大。以华硕为例，员工10万人，起码有1万人是在生产线上打螺丝，每条生产线上面有10-20个工位是打螺丝。如果用SCARA机器人打螺丝，人工替代空间会非常大。
在这样的背景下，机器人等自动化设备纷纷将目光投注在3C电子产业，随之，3C领域的自动化运用逐渐成熟，但同时面临的问题也不断显现，提出的要求也更加具体（如下图）。
供稿：伺服第4期
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